定组成定律

自从发现了物质不灭定律，并在化学实验中提倡使用天平以后，化学家们在研究工作中，都开始重视物质的重量，定量地进行研究。既然在化学反应中，参加反应的物质的总重量等于反应后生成物的总重量，那么，在反应物质和生成物之间，是不是存在着一定的化合比例关系呢？这还是一个谜。18世纪末，法国化学家普鲁斯特的老仆人，一大清早便开始在实验室里忙碌着：扫地，整理仪器、书籍和洗刷瓶子。门铃响了，邮递员送来了一只木箱子。老仆人过去一看，喃喃自语道：“又是水！……这已是第十四次收到装着水的木箱了。昨天刚刚收到来自日内瓦湖的水，今天又收到这来自非洲刚果河的水。”普鲁斯特为什么要从世界各个角落，收集各式各样的水呢？难道他当真开办一个水的“博物馆”？这倒真是件怪事呐！
     原来，普鲁斯特在探索着这样的一个秘密：“十个指头有短长，荷花出水有高低”，那么，世界上不同地方的水，它们的组成是不是一样？实验结果非常有趣：不管是北方的海水，还是南方的海水；不管是欧洲的水，还是非洲的水；不管是河水、湖水，还是井水、泉水；也不管是热水，还是冷水；总之，不管水的来源怎样，除去这些水中所含的少量杂质后，所得的纯水的组成，一律都是含氧88.9％和含氢11.1％（指重量百分比）——没有一个例外。[20]普鲁斯特面对着桌子上成排成排的瓶子，翻阅着几个月来辛辛苦苦工作所得的分析结果，终于从大量的实验数据中，斩钉截铁般地得出了这样的结论：水，是具有固定的组成的。
     自然，这里仅仅是水，那么，其他的种种化合物是不是也像水一样具有固定的组成呢？结论还必须从严谨的实验中去探求。1799年，普鲁斯特又拿了一种绿色的铜化合物——硷式碳酸铜（分子式为CuCO3·Cu(OH)2）进行化验。硷式碳酸铜这名字听来似乎很陌生，其实，铜锅上的铜绿里就含有它，漂亮翠绿的孔雀石的主要成分也是它。普鲁斯特首先化验了各种天然的硷式碳酸铜。在他的实验记录本上，有着这样一排排同样的数据：第一种 化验结果：含氧化铜69.4％，二氧化碳25％，水5.6％。（指重量百分比，下同。）第二种化验结果：含氧化铜69.4％，二氧化碳25％，水5.6％。第三种化验结果：含氧化铜69.4％，二氧化碳25％，水5.6％。…………天然的是如此，人造的怎么样呢？接着，普鲁斯特又把天然的孔雀石溶解在硝酸里，再加入碳酸钾，重新得到绿色的沉淀物——人造的硷式碳酸铜沉淀。
     他化验了这人造的硷式碳酸铜，结果依然是：含氧化铜69.4％，二氧化碳25％，水5.6％。又是完全吻合！普鲁斯特对待科学研究工作，既严肃，又缜密。他虽然做了不少水和硷式碳酸铜的分析工作，但是，他还觉得作得不多、不够。为了进一步获得更丰富的资料，他写了许多信，给各国的科学院和朋友们，请求他们从世界各地寄来各种矿石。普鲁斯特接着分析了来自西班牙和日本的两种矿砂——硫化汞，测得的结果都是含86.2％的汞和13.8％的硫。他化验了来自秘鲁和俄国西伯利亚的两种氯化银，测得的结果也都是含75.3％的银和24.7％的氯。他又分析了来自世界各地的海盐、湖盐、岩盐，测得的结果都是含39.3％的钠和60.7％的氯。普鲁斯特前后花了7年的功夫，认真地做了上千次的化学分析实验，他从大量的事实中，终于得出了这样的结论：任何纯净的化合物都具有固定的组成——不管这化合物是从什么地方得到的，也不管这化合物是用什么方法制取的。
     在化学上，这就是著名的“定组成定律”，又叫“定比定律”。科学的发展总是曲折的。真理，常常是在争议中才得到进一步的考验和证实。1799年，普鲁斯特发表了定组成定律后，马上受到上法国科学家贝索勒的激烈反对。贝索勒是拉瓦锡的学生。1799年，贝索勒在埃及发表了自己的《化学亲和力定律》一文，这个定律，恰恰和普鲁斯特的定组成定律相反。贝索勒在《化学亲和力定律》这篇论文中写道：“一个化合物是没有固定的组成的。每一种物质可以按照随便什么比数同另一种物质化合。”贝索勒和普鲁斯特一样，也是一个谨严的科学家。贝索勒并不是没有根据、凭空臆测地反对定组成定律，他也进行了许多实验，对铁的氧化物进行了定量分析，所测得的结果是：铁和氧可以按各种不同的比数化合。
     这样，这两位科学家便各说各有理，在法国的《物理》杂志上，你一篇论文，我一篇论文地争论开了。从1799年，一直争论到1808年，前后达9年之久。争论并不是坏事。有不同的意见，就应该争论。只要双方都抱着去伪存真，追求真理的态度，那么，通过争论，就一定能够求得真理，达到统一。普鲁斯特十分虚心地阅读了贝索勒的论文，反复考虑，觉得他所讲的也很有道理。为了弄清事实，普鲁斯特就很仔细地开始进行铁的氧化物的分析工作。分析的结果表明：的确，在不同的铁矿中，铁和氧的比数常常不一样——贝索勒并没有错！然而，普鲁斯特不光是重复做了贝索勒做过的实验，他还进一步做了许多新的实验，最后终于发现：原来，铁和氧和化合物有好几种，而天然的铁矿，常常是这好几种铁的氧化物的混和物！普鲁斯特确定，铁和氧的化合物三四种，其中最常见的是三氧化二铁（即氧化铁 Fe2O3），含氧30％，含铁70％；而另一种是一氧化铁（即氧化亚铁FeO），含氧22％，含铁78％。
     在天然的铁矿里，这两种铁的氧化物都有，而且是以不同的比数相混和的，显然，在这样的混和物里，铁和氧的比数就会是多种多样的，就象九曲黄河里的水一样，水流急的地方泥沙就多，水流缓的地方泥沙就少，泥水是个混和物，其中水和泥的比数各不相同。但是，纯净的水和纯净的砂（二氧化硅），它们的成分各自都是固定不变的。也就是说，定组成定律只是针对纯净的化合物而言，而不适用于各种混和物。“灯不拨不亮，真理不辩不明。”通过争论，普鲁斯特终于胜利了，他的定组成定律不仅没有被驳倒，反而在争论中得到了进一步的丰富，因为他从铁的氧化物的分析中，发现两种元素以不同的（然而是固定的）、比数能生成两种或两种以上不相同的化合物。在争论中，贝索勒虽然输了，但是，他仍然非常高兴，他为找到了真理而高兴，而且承认普鲁斯特的定组成定律是完全正确的。
     定组成定律，其实从拉瓦锡所做的实验中，早就可以看出来，因为水银在加热到第十二天以后，空气中的氧气差不多都和水银生成了氧化汞，这时，虽然水银还剩下很多，但是氧化汞的量却很少增加——这说明水银和氧是以一定的比数化合的，不然，氧化汞的量为什么就不再增加了呢？只不过拉瓦锡把注意力全集中到研究燃烧的本质上去了，而没有留意这一点。因此，直到20多年后，方由普鲁斯特发现了这一定律。定组成定律是物质不灭定律的一个新的发展，它说明了：在进行化学反应时，不仅反应后物质的总重量是等于反应前的总重量，而且在反应中各种物质是按一定的比数进行化合的，因此任何纯净的化合物都有固定的组成。